dimanche 14 mai 2017

Homo sapiens a cohabité avec une autre espèce : Homo naledi

Pour PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : évolution des hominidés, datation des fossiles

Le nombre d'espèces (et de sous-espèces) dans le genre Homo continue d'augmenter (même si certaines variations anatomiques sont sans doute dues à un polymorphisme).  En 2015, une nouvelle espèce a été découverte dans une grotte en Afrique du Sud, Homo naledi. Les restes découverts appartenaient à au moins 15 individus ce qui en faisait d'emblée une collection assez riche. Caractéristiques : bipède, mais aussi capable de se déplacer dans les arbres avec ses phalanges recourbées, des poignets par contre très proches des humains actuels, omnivore et une tête assez petite (capacité crânienne autour de 500 cm3; nous actuellement c'est 1350 cm3). 

Source : http://news.nationalgeographic.com/2015/09/150910-human-evolution-change/

Il n'y avait pas de datation disponible et la présence de certains caractères dit archaïques (les phalanges recourbées et la petite tête) avaient fait même penser que c'était plutôt un Australopithèque (avis d'Yves Coppens notamment).


Crâne récemment découvert d'Homo naledi, appelé Néo. Source : eLife

De nouveaux squelettes plus complets (dont un crâne) et les datations viennent d'être publiées dans eLife : Homo naledi aurait vécu sur le site entre 236.000 et 335.000 ans. Les chercheurs ont utilisé pas moins de six méthodes de datation indépendantes ou combinées –thermoluminescence, uranium/thorium, paléomagnétisme, datation par résonance de spin électronique pour confirmer la datation à partir de dents et de sédiments des grottes où les squelettes ont été découverts.



Cette datation est importante car elle montre la possibilité d'une cohabitation avec les premiers Homo sapiens en Afrique. Les chercheurs pensent que Homo naledi est une espèce qui a très longtemps conservée des caractères proches des premiers Homo. Le terme d'équivalent humain du coelacanthe est mentionné, même s'il faut se méfier de ce genre de raccourci. Sa position précise dans l'arbre phylogénétique est encore en débat. 

Néanmoins, il est clair que ce qui s'est passé avec Néanderthal ne se reproduira pas avec H. naledi : il y a tellement de différences avec H. sapiens qu'il s'agit bien d'une espèce différente et non pas d'une sous-espèce.

Voir la vidéo

Article scientifique
Voir aussi cet article.

samedi 6 mai 2017

Les axones commissuraux ne sont pas guidés par la Nétrine-1 de la plaque du plancher

Pour PrépaBCPST et PrépaAgreg
Thèmes : développement, neurones, morphogènes


Les neurones ne se connectent pas au hasard dans le système nerveux et les axones en croissance font l'objet d'un guidage précis. L'un des modèles classiques est constitué par les neurones commissuraux du tube neural. Ce sont des neurones dont le corps cellulaire se trouve dans le tube neural dorsal et dont l'axone se dirige ventralement puis passe du côté contralatéral (de gauche à droite ou de droite à gauche) au niveau de la plaque du plancher puis continue son chemin. Ce sont des neurones qui ont une importance fonctionnelle notamment pour la coordination des mouvements entre le côté droit et le côté gauche du corps. 

Le modèle classique, désormais obsolète. Source : http://www.sciencedirect.com/topics/page/Morphogens

Dans le modèle classique, la plaque du plancher sécrète une protéine, Nétrine-1, qui attire les axones vers la plaque du plancher, en synergie avec la protéine SHH (Sonic Hedgehog) qui est produite au même endroit. Nétrine-1 diffuse de la plaque du plancher vers les zones plus dorsales créant un gradient qui est remonté par les axones en croissance. 

D'après un article publié il y a quelques jours dans Nature, ce modèle doit être révisé. En utilisant des techniques de détection plus sensibles qu'auparavant les chercheurs ont découvert que la Nétrine-1 est aussi produite dans la zone ventriculaire ventrale et médiane c'est à dire dans la zone du tube neural contre la cavité centrale (ou ventricule). Parmi les cellules qui la produisent, il y a des progéniteurs neuraux qui émettent des prolongements vers la région latérale du tube neural, qui correspond justement à la région traversée par les axones commissuraux.

Source : Dominici et al., 2017 ; doi:10.1038/nature22331
Les chercheurs ont ensuite invalidé par recombinaison homologue contrôlée (système Cre-Lox) le gène codant la Nétrine-1 soit dans la plaque du plancher, soit dans la zone ventriculaire. Ils ont observé que les axones commissuraux continuaient à croître et à atteindre leur cible habituelle sans la Nétrine-1 de la plaque du plancher, mais ce n'était plus le cas sans la Nétrine-1 d'origine ventriculaire. Dans les études précédentes, l'invalidation généralisée de la Nétrine-1 et le fait de ne pas avoir pu voir l'expression dans la zone ventriculaire du gène avait fait penser que c'était la Nétrine-1 de la plaque du plancher qui jouait un rôle essentiel. 

Il s'agit donc d'une révision complète du modèle avec un effet de la diffusion de la Nétrine-1 bien moins important. La Nétrine-1 est plutôt apportée par des prolongements cellulaires dans la région précise où les axones sont en croissance. Des études précédentes avaient déjà montré que la Nétrine-1 était capable de se lier à la matrice extracellulaire, ce qui pouvait diminuer ses capacités de diffusion.

Reste à comprendre la dynamique spatiale et temporelle de cet apport de Nétrine-1 car autant le modèle du gradient d'origine ventrale était simple à comprendre, autant ici doivent être mis en jeu des mécanismes plus subtils pour que les axones croissent correctement vers la plaque du plancher sous le contrôle de la nouvelle source de Nétrine-1 qui a une origine différente par rapport à la destination des axones.




vendredi 21 avril 2017

Lors de la crise de la fin du Dévonien, des récifs de coraux ont été remplacés par des stromatolithes

Pour Prépa BCPST et PrépaAgreg
Thèmes : roches calcaires, biodiversité, histoire de la Terre

Il y a eu 5 grandes extinctions de masse (et de nombreuses autres plus petites) au cours des temps géologiques. Soit dit en passant, l'Homme est actuellement à l'origine de la 6ème grande extinction de masse.

La grande crise la plus célèbre est la crise Crétacé-Tertiaire (-65 millions d'années) mais la plus terrible a sans doute été celle d'il y a 251 millions d'années entre le Permien et le Trias. Moins connue que les deux précédentes : la crise entre le Dévonien et le Carbonifère il y a 360 millions d'années, appelée "évènement Hangenberg" (du nom d'une localité du massif rhénan en Allemagne où on a découvert les traces du phénomène : une couche de roches noires (des shales) produites dans des conditions anoxiques). 45% des genres et 21% des familles d'animaux marins furent éliminés. Les causes de cette extinction sont discutées : on pense qu'il y a eu une brusque baisse du niveau des mers en relation avec une glaciation ou alors une eutrophisation des mers épicontinentales à cause d'une couverture végétale très importante des côtes produisant de nombreux déchets organiques qui ont fait proliférer algues et bactéries. Cela aurait provoqué une baisse du niveau d'O2 dans les mers et les océans.

Une équipe franco-chinoise a étudié les espèces formatrices de récifs calcaires en Chine sur 20 millions d'années de part et d'autre de l'évènement Hangenberg et ont publié leurs découvertes dans Nature Scientific Reports. Avant l'évènement ce sont les coraux et les éponges qui dominent. Après l'évènement, ce sont des constructions calcaires microbiennes de type stromatolithes qui prennent leur place. 

 
Stromatolithes fossiles découverts pour l'étude en Chine. Source : https://www.nature.com/articles/srep39694

Les stromatolithes sont des structures récifales laminées avec feuillets minéraux calcaires produits par des couches successives de colonies bactériennes photosynthétiques.

Source : http://www.saga-geol.asso.fr/Documents/Saga_300_stromatolites.pdf

Les colonies de bactéries et le mucus qu'elles produisent piègent des particules sédimentaires qui subissent ensuite une phase de cimentation ou lithification avec du carbonate de calcium (CaCO3) favorisée par le métabolisme des bactéries photosynthétiques.

Ce remplacement bioconstruction "squelettique" de coraux/éponges vers bioconstruction microbienne s'est ensuite retrouvé sur différents sites répartis sur différents continents (et qui étaient sur différents continents il y a 360 millions d'années) montrant le caractère généralisé du phénomène. Le remplacement est provisoire. Quelques millions d'années plus tard on retrouve des bioconstructions récifales avec coraux et éponges. 

Source : https://www.nature.com/articles/srep39694
On a déjà retrouvé ce type de remplacement pour la crise de la fin du Permien notamment, par contre on ne l'a pas retrouvé pour la crise Crétacé-Tertiaire. Cela amène à penser que ce remplacement a lieu dans des conditions précises qu'il s'agit maintenant d'élucider et qui à leur tour permettront de mieux comprendre les causes des grandes extinctions.


lundi 10 avril 2017

L'histoire évolutive du xénope révélée par son génome

Pour Prépa BCPST, Prépa CAPES et Prépa Agreg
Thèmes : évolution, génétique, biologie du développement

Une fois n'est pas coutume, ce point d'actualité scientifique a été délocalisé sur l'excellent site Planet-Vie.

dimanche 9 avril 2017

Un appareil reproducteur féminin miniature reconstitué in vitro

Pour Prépa BCPST, Prépa CAPES, Prépa Agreg
Thèmes : reproduction, cycle sexuel féminin


Il y a un essor actuellement des techniques de cultures cellulaires in vitro qui aboutissent à la formation d'organoïdes, de petits organes miniatures qui sont très utiles en recherche fondamentale et qui sont une première étape pour des thérapies de remplacement d'organes à une échelle plus importante que la "simple" thérapie cellulaire.

En parallèle, il y a un développement récent de systèmes dits microfluidiques où on peut cultiver des cellules dans des structures tridimensionnelles pré-établies, formant des sortes de puces fonctionnelles vivantes. La combinaison entre organoïdes et microfluidique est en train de se faire dans les laboratoires et cela peut aboutir à de systèmes miniatures multi-tissulaires qui miment des interactions physiologiques. Une sorte de mini-organisme qui pourrait être une alternative à l'expérimentation animale et surtout permettre des expériences plus précises sur la physiologie humaine. 

Le système Evatar : un mini-appareil reproducteur féminin.

La dernière avancée en date dans ce domaine est décrite dans le Nature Communications du 28 mars et concerne le cycle sexuel féminin. Les chercheurs ont nommé leur système Evatar (la combinaison de Eve et de avatar). Il consiste en 5 "organes" reliés entre eux par un liquide circulant mimant le sérum et pouvant transporter des hormones d'un organe à l'autre ainsi que d'éventuelles molécules thérapeutiques à tester. Les 5 organes sont : un utérus, un cervix (ou col de l'utérus), une trompe de Fallope, un ovaire et un foie (qui métabolise les médicaments que l'on souhaiterait tester). Toutes les cellules sont d'origine humaine (issues de prélèvements ou d’hystérectomies (ablation de l'utérus)) sauf les ovaires qui proviennent de la souris (parce que l'on prélève trop rarement des ovaires sains chez la femme). 

Les chercheurs ont ajouté de la FSH dans le système, ce qui a induit la production d’œstrogènes par les ovaires. Les cellules utérines se sont mises à proliférer. Puis 14 jours plus tard l'ajout de LH a provoqué le déblocage de la meïose de la prophase I vers la métaphase II, une ovulation et la production de progestérone. A ce moment, les cellules bordant la lumière de la trompe de Fallope ont activé des mouvements ciliaires identiques à ceux observés normalement pour faire avancer l'ovocyte. Les cellules de l'utérus ont eux aussi correctement répondu et ont activé l'expression de gènes spécifiques de la phase lutéinique du cycle menstruel. 

Vidéo sur Evatar : 


Ce système va être utilisé pour tester rapidement des milliers de molécules qui pourraient servir à soigner des causes d'infertilité. Evatar pourra être aussi utilisé pour tester si des molécules sont des perturbateurs endocriniens ou nuisent à la reproduction. On peut aussi infecter les cellules utérines du système par le papillomavirus qui cause le cancer du cervix et voir les altérations provoquées et tester des molécules anti-cancéreuses. 

Les chercheurs travaillent aussi sur Adatar (Adam et avatar) : un système testicule-prostate pour mimer une partie des organes génitaux mâles.

Voir l'article scientifique
Voir aussi cet article 

samedi 18 mars 2017

Découverte d'un marqueur spécifique pour les lymphocytes-réservoirs de VIH dormants

Pour BCPST et PrépaAgreg
Thème : VIH, système immunitaire

Les personnes séropositives atteintes par le virus VIH peuvent survivre très longtemps, notamment depuis l'utilisation des trithérapies. Mais le virus peut rester dormant dans des cellules et ne disparait jamais complètement. D'où la notion de cellules réservoirs qui abriteraient le virus pendant de (très) nombreuses années ce qui contraint les patients à un traitement à vie. Les trithérapies ne ciblent que les virus qui se répliquent de manière active mais ne peuvent rien faire jusqu'à présent contre les virus dormants. 

Bourgeonnement du VIH à partir d'une cellule infectée. Source : http://www.inserm.fr/thematiques/immunologie-inflammation-infectiologie-et-microbiologie/dossiers-d-information/vih-et-sida


Des chercheurs de Montpellier ont fait une comparaison à grande échelle des lymphocytes T CD4+ sains et des lymphocytes infectés in vitro par une forme du virus VIH rendu fluorescent pour mieux le détecter. Leur attention a été attirée par la protéine CD32a exprimée à la membrane plasmique des cellules infectées mais ne produisant pas de particules virales. Cette protéine n'est pas exprimée dans les cellules non infectées ou dans les cellules qui produisent activement le virus. Bref, le candidat avec le profil idéal. Les chercheurs ont ensuite souhaité voir si ce qui a été vu in vitro se confirmait in vivo. Ils ont isolé par tri cellulaire les cellules CD32a-positives provenant de patients sous trithérapie (ces cellules représentaient 0.012% des lymphocytes T CD4 - autant dire que les chercheurs ont trouvé le moyen de trouver une aiguille dans une botte de foin). Ils ont effectivement retrouvé le virus VIH dormant dans ces cellules. Sous certaines conditions de culture, ce virus s'est réactivé in vitro et a infecté des cellules saines co-incubées. 

Ces travaux désignent les cellules CD32a-positives comme des cibles à éliminer si on veut espérer débarrasser définitivement les patients du VIH. Cependant, ce ne sera peut-être pas suffisant car il existe peut-être d'autres réservoirs CD32a-négatifs. Par ailleurs, on ne connait pas encore le rôle "physiologique" précis de CD32a qui est un récepteur de faible affinité pour les fragments Fc des IgG.

jeudi 2 mars 2017

Thérapie génique réussie contre la drépanocytose

Pour Prépa BCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : hémoglobine, maladie génétique, thérapie génique 

La drépanocytose est une maladie génétique causée par une mutation ponctuelle dans le gène codant la chaîne beta de l'hémoglobine qui aboutit à remplacer un acide glutamique par une valine. La drépanocytose est aussi appelée anémie falciforme car les globules rouges affectés prennent une forme de faucille. En effet, la formée mutée de la chaîne beta est insoluble sous sa forme désoxygénée et va polymériser en de longues fibres et ces fibres provoquent la déformations des hématies. 



 
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C'est surtout à l'état homozygote que la maladie devient symptomatique : les hématies en faucille qui ont perdu leur élasticité vont obstruer les capillaires provoquant un arrêt local de la circulation et un manque d'oxygénation des tissus, ce qui déclenche des crises douloureuses. Ces hématies sont plus fragiles et ont une vie beaucoup plus courte (10 à 20 jours au lieu des 120 jours habituels), ce qui est à l'origine de l'anémie proprement dite. L'espérance de vie est diminuée car les reins et le foie peuvent finir par être gravement atteints. Il y a 26.000 malades en France (c'est la maladie génétique la plus fréquente).

Une équipe de l'Hopital Necker à Paris a traité avec succès un adolescent de 13 ans atteint de la drépanocytose par thérapie génique. On a prélevé sa moelle osseuse et mis en culture les cellules souches hématopoïétiques. ces cellules ont été infectées avec un lentivirus qui sert de vecteur pour faire rentrer dans le génome la version sauvage de la chaîne beta. Pendant ce temps, on a éliminé les cellules souches restées dans son corps par chimiothérapie et on a ensuite injecté dans le patient les cellules souches dont le génome a été modifié. Avec un recul de 2 ans, la thérapie est un succès. L'adolescent n'a plus de crises douloureuses. Environ 50% de son hémoglobine est normale. Il est devenu en quelque sorte hétérozygote pour la mutation. L'avantage du vecteur produit c'est qu'il peut être aussi utilisé pour les beta-thalassémies qui constituent un autre groupe de maladies génétiques impliquant des mutation dans la beta-globine. 

Une vidéo qui explique les avantages de la thérapie génique avec la thérapie classique de transplantation de moelle osseuse :

 

Et une vidéo qui présente la thérapie :




Pour l'instant on n'envisage pas de traiter tous les patients avec cette technique mais seulement les patients pour lesquels on ne trouve pas de donneurs compatibles de moelle osseuse. Le coût de la thérapie est élevé (pour l'instant) : 500.000 Euros.

Voir cet article.
Page de la boite de biotech qui produit le vecteur.